橋崩壊のおよそ 1 時間半後
川にボート、頭上にヘリコプター
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I-5 Skagit River Bridge collapse - Wikipedia
I-5 スカジット川橋： Google map、
I-5 スカジット川橋の崩壊は米国北西にあるワシントン州で 2013 年 5 月 25 日に起きた。 およそ太平洋時間の PM 7:00 にスカジット川を越える州間道路 5 を通している橋のスパンの 1 つが 下の川に崩落した。 別々の 2 台の車両に乗っていた 3 名の人がスパンと共に落下した。 ボートで救助されたが深刻な負傷を被らなかった。 橋の崩壊の原因は特大の積み荷が橋の頭上の支持梁に衝突したためであり、 これにより最北部のスパンが直ちに崩壊した。
この通り抜けトラスは 1955 年に建造され、 スカジット郡のマウント・バーノン (Mount Vernon) とバーリントン (Burlington) の 2 つの市を接続している。 この橋は安全であると評価され、構造的な欠陥があったわけではなかったが、 「構造的に時代遅れ」 であると見なされた。 すなわち現在のデザインの標準を満たしていなかった。 橋のデザインは破壊臨界 (fracture critical) であった、すなわち 橋の支持要素の 1 つが破壊された場合に構造完全性を保護するための冗長な構造要素を持っていなかった。 つい 2012 年 10 月にも、橋の頭上の支持梁にトラックが衝突したことが知られている。 技術的な観点からは橋は、実際には構造的に独立な 4 つの連続するスパンから構成されている。 北端のスパンの路面と頭上の上部構造のみが川に崩落した。 崩落した南のスパンにも同じトラックが衝突したが、深刻ではなく、崩落しなかった。 路面の下の橋脚も被害を被らなかった。
橋の崩壊が、ブリティッシュ・コロンビア州バンクーバーとシアトルの間の 極めて重大な輸送接続を切断したため、 崩壊したスパンを交換することがワシントン州政府の高い優先事項となった。 2013 年 6 月に、2 つの一時的な橋が組み立てられ、 崩落したスパンの支持橋脚の上に置かれ、 この間に恒久的な橋が設置され、残りの 3 つのスパンで類似な破壊を防止するための工事が始まった。
橋はワシントン州のマウント・バーノンとバーリントンの間を横断し、 これはシアトルのおよそ 60 マイル (97 km) 北にある。 橋はシアトルとブリティッシュ・コロンビア州バンクーバーの都市圏の間の主要な道路輸送ルートの 1 部である。 橋の崩壊前には、およそ 71,000 台の車両が毎日橋を横断していた。
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| 崩壊前の橋 |
崩壊前の橋、路面から。
曲がったトラス構造が見える。 |
橋は 1955 年に建設され、 これは州間道路システム (Interstate Highway System) が始まる一年前のことであった。 橋には 4 車線あり、どちらの方向にも 2 車線ある。 川の上の部分は 4 つの連続するスパンから成り、各スパンは 160 フィート (49 m) の長さがある。 スパンは 3 角形分割された鋼のガーダーで建設され、 通り抜けトラスのデザインを使用し、道路は左右のトラスト、上下のトラスの間の開放トンネルを通過する。 道路は上方のトラス要素により、 背の高い車両には比較的限られた上方余地しかない。 隣接するスパンは橋脚を共有し、 1 つの連続した橋のように見えるが、4 つのスパンは実際は独立である。
橋は最近安全であると評価され、建造されてから 58 年を経過したが、良好な状態であった。 これは構造的に欠陥がある橋として列挙されていなかった。 橋は機能的に時代遅れと分類され、 これは新しい道路の車線幅、垂直余地に関しての現在のデザイン標準に適合していないからであった。 橋は重大な更新あるいは交換の候補ではなく、良好に保守されていた。
この鋼の通り抜けトラス橋は 「破壊臨界」 (fracture-critical) なデザインで、 負荷 (load) を支える冗長な梁 (beam) や接合部 (joint) がない。 冗長な梁や接合部は (少々の破壊があっても) 全構造が無傷であるためには基本的なものである。 たった 1 つの基本部品の最初の破壊 (例えば亀裂) は時々他の部品を過負荷 (overload) にして破壊する。 これは急速にもっと多くの破壊の連鎖反応を引き起こし、橋全体が崩壊する原因となる。 2007 年にミネアポリスの I-35W ミシシッピ川橋は小さすぎて応力 (stress) を受けすぎた 1 つのガセット板の 緩慢な亀裂から突然に崩壊した。 鋼ではこの初期の破壊は小さく、大きくなって危険となるまでは時間がかかる。 ミネアポリスの事故の後、破壊臨界 (fracture-critical) な橋の経年変化による大惨事は現在は回避され、 これは 2 年毎の要求された点検で亀裂を見つけて修理すればよい。 米国の 18000 基の橋は (デザイン上) 破壊臨界 (fracture-critical) と分類され、 亀裂点検が必要とされる。 スカジット橋は 2012 年の 8 月 と 11 月に最後の亀裂点検が実施され、 些細な工事が必要なだけであった。
破壊 (fracture) 以外の、幾つかの冗長部品のない臨界状態の橋では、 圧縮要素の座屈 (buckling) から突然の破壊が起き得、これは伸張と亀裂 (crackin) の逆である。 通り抜けトラス橋では、臨界状態の圧縮部品は路面の端と並行して橋の頂上で水平に走る、 トラス上端の梁 (top chord) である。 これらは橋と交通の重量の大半を支えている。 トラス上端の梁 (top chord) は通常は整列され、垂直支柱 (post)、 対角線要素、横向きのスウェー支柱 (sway strut) により定位置に置かれる。 トラス上端の梁 (top chord) は接合部が何らかの理由で整列されなくなると (misaligned)、 接合部が急速に折り畳まれる。座屈 (buckling) の被害は累積するが、 大半は経年変化や腐食によるものではなく、衝突の被害や過大応力 (overstress) から起きるものである。
車両の垂直余地は入口と横方向のスウェー支柱 (sway strut) により制限を受ける。 これは古い橋では比較的低い。 ワシントン州の橋ではスウェー支柱 (sway strut) はしばしば両端で下方に曲がっており、 外側の車線と路肩では上方余地が少なくなっている。 背の高い荷 (を積んだ車両) は最大上方余地を確保するために内側の車線を使用すべきである。 これらの橋は高すぎる車両による衝突で脆弱であり、 このような衝突はありふれている。 この橋で知られている衝突は 2012 年 10 月に起き、調査員は何年も前に起きた他の衝突の証拠を発見した。 1979 年にさかのぼる橋の検査報告は高すぎる車両によって頻繁に引き起こされた被害を記し、 2012 年の検査報告は鋼に残された 3 インチの切り傷を記している。
シアトルのワシントン大学の土木工学教授のチャールズ・レーダー (Charles Roeder) によれば、 通り抜けトラス橋は 50 年前には普通の橋のデザインであったが (米国には 10,200 基の通り抜けトラス橋がある)、 「もしも上部要素を幾つか取れば橋は安定性を失う」。 計算機以前には橋の技術者は計算尺でトラスの力を解析し、 どの計算も時間がかかるものであった。 有限要素法 (finite element method) と塑性デザイン理論 (Plasticity Theory of Design) はどちらも冗長構造の解析をすることができるが、 静定構造物 -- これは冗長構造を排除する -- の単純な計算法よりはずっと多くの計算が必要であった。 当時、非常に多くの橋がデザインされ、 不静定構造の橋をデザインすることが可能な技術者が十分にいなかったのである。
今日では、通り抜けトラス橋やそれ以外の破壊臨界のデザインは、スパンがそれほど大きくなければ新しい橋では回避される。 主な梁あるいはトラスを 3 個以上使用すれば、1 つの部品が壊れても構造は生き延びることが可能である。
崩壊はカナダから南に向かうセミトレーラーにより引き起こされ、 この車両はワシントン州バンクーバーに特大の荷を運んでおり、 直接スウェー支柱 (sway strut) に被害を与え、 間接的にトラス上端の梁 (compression chord) に被害を与えた。 これらは橋の最北端のスパンのものであった。路面から上部のアーチ型の梁までの垂直余地は、 外側の車線では 14 フィート 7 インチ (4.45 m) で特大の荷を積んだトラックは内側の車線を通ることになっており、 ここでは垂直余地は 17 フィート (5.2 m) あった。 特大の荷を積んだトラックは (内側の車線に入るべきところを) 外側の車線に入り、 2 台目のセミトレーラーと一台の BMW が内側の車線に入った。 特大の荷を積んだトラックは幅が広く 15 フィート 9 インチ (4.80 m) の高さの荷を積んでおり、 橋の崩壊後に 「トラックが牽引していた特大装置の箱には、上部角のへこみと側板の上部に擦り傷が目で見えた」。 荷を安全に通過できるように誘導車が採用されていた。 誘導車はトラックの運転手にスカジット橋の横断で問題があることを合図しなかったし、 内側の車線を使用するように警告しなかった。
特大の荷を積んだトラックは最初のスパンを渡り終え、直後にこれが崩壊した。 独大の荷を積んだトラックのドライバーと誘導車は現場に残り調査に協力した。
死者はいなかったが、3 名が車から救出後に地元の病院に搬送された。 橋の路面が川に落下した後、車は水浸しの橋の路面の上に残っていた。
「マレン・トラッキング」 (Mullen Trucking) に雇用されているトラックの運転手は掘削装置のハウジングを含む 特大の荷を牽引していた。 会社の副社長の Ed Sherbinski はワシントン州からの許可は取ってあるといい、これにはルート上の橋の余地が含まれていた。 ワシントン州輸送局のスポークスマンは橋に至る道には上方余地に関しての警告が表示されていなかったと言った。 ワシントン州では 14 フィート (4.3 m) -- 通常の法定の高さ制限 -- よりも低い橋のみが高さ制限を事前に表示することが要求されていただけであった。
特大の荷を積んだトラックは第 2 スパンのスウェー支柱 (sway strut) にも被害を与えたが、 崩壊するほどではなかった。これは修理された。
事故はワシントン州警備隊 (Washington State Patrol) と国内輸送安全委員会 (NTSB, National Transportation Safety Board) により調査された。 NTSB の暫定報告では衝突の原因を背の高い荷を積んだトラックが間違った外側の車線に入ったことであるとし、 更に通過するトラックにより路側帯に押し寄せられたせいとした。 橋の崩壊は複数のスウェー支柱 (sway strut) との衝突にあるとし、 これにより負荷 (load) を支える致命的な要素 (トラス上端の梁) が不安定となったからであった。
ジェー・インスレー知事 (Jay Inslee) は (現場を) 取り巻いている 3 つの郡 (スカジット郡 (Skagit)、スノホミッシュ郡 (Snohomish)、ワットコム郡 (Whatcom)) に経済的な 「非常事態」 を宣言し、 交通と経済の途絶を処理しようとした。 I-5 (州間道路 5) の交通は崩壊場所を迂回して、上流の隣接する橋に向かわせた。 州警察官のショーン・オコンネル (Sean O'Connell) は 迂回路を通る交通を指示している最中に彼のオートバイがトラックに衝突して死亡した。 事故後、まもなく 3 人の州議会議員 (state lawmaker) が修理中の橋を彼の名前に改名する法案を提出した。
崩壊したスパンは ACROW によって製造された 2 車線の橋で一時的に交換さた。 これは既存の橋脚の上に巻き付けられて、6 月 19 日に任務についた。 2013 年 7 月末ごろに一時的な橋の点検によって、 一時的な橋と恒久的な道路の間のアスファルトを固定する L-結合の一部分がはずれかけていることが発見された。 右側の車線が 2 時間ほど閉鎖され、接合部が溶接しなおされ、 新しいアスファルトが敷き直された。
$687万 の契約がスポーキャン市 (Spokane) の請負人 「マックス J. キュニー建設」 (Max J. Kuney Construction) に譲渡され、恒久的な交換スパンのデザイン・建設が依頼された。 これは暫定的なスパンの横に建設され、交通を妨害することなく、 2013 年 14 日 - 15 日の夜通しの閉鎖の最中に定位置に移動された。 残っている 3 基の頭上トラスの変更計画により、高すぎる車両が外側の車線を利用できるようになる予定である。
崩壊により、ワシントン州輸送局の特大車両を規制する方法に関して問題が持ち上がった。 輸送局は目的地に至るまでのルートの決定はドライバーに任せており、 これは他の州とは違い、他の州ではルートが割り当てられていた。 「マレン・トラッキング」 の移動許可はスカジット橋を危険個所として特に注意しておらず、 外側のトラスがトラックより完全に 1 フィート低かったにもかかわらず注意されていなかった。 これはそれ以前の同じ会社に対する許可と対照的で、これには数々の余地に関しての警告が含まれていた。 州議会議員 (state lawmaker) は州の特大車両の法律を変更することを調査している。
崩壊した橋を交換するために建設された橋は 「警察官ショーン M. オコンネル,ジュニア橋」 と命名された。
米国土木学会のシアトル班はワシントン州のインフラに関しての 2013 年の成績表を刊行した。 州の橋は 「C-」 (C マイナス) の等級 (すべての州の平均) が与えられた。 ワシントン州には構造的に欠陥がある 400 基の橋があった。 すべての橋の 36% は建設されてから 50 年以上を経過している。 最も古い橋はたった 50 年の寿命でデザインされ、 これらを安全に維持することはますます困難となり経費がかかる。 支持グループである 「米国の輸送」 (Transportation of America) はワシントン州の橋のたった 5.10% が構造的に欠陥があるだけで、 これは国内で 6 番目に良いと報告している。